(57)【要約】【課題】  凝集剤添加量を増加することなく、処理水水質を向上させることができる凝集処理方法と装置を提供する。【解決手段】  被処理水に無機凝集剤を添加して懸濁物質を除去する凝集処理方法において、該被処理水の無機凝集剤を添加した後のｐＨ値が、酸性域の所定の値以下になるように、被処理水に無機酸を添加するか、或いは、その後に添加する無機凝集剤の添加量を調整して凝集させた後、又は、無機凝集剤添加前のＭアルカリ度が所定の値以下、或いはｐＨ値が酸性域の所定の値以下になるように被処理水に無機酸を添加し、その後に無機凝集剤を添加して凝集させた後、該凝集水にアルカリ剤９を添加して中性域で凝集フロックの分離４を行うこととした。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に無機凝集剤を添加して懸濁物質を除去する凝集処理方法において、該被処理水の無機凝集剤を添加した後のｐＨ値が、酸性域の所定の値以下になるように、被処理水に無機酸を添加して凝集させた後、該凝集水にアルカリ剤を添加して中性域で凝集フロックの分離を行うことを特徴とする凝集処理方法。
【請求項２】
被処理水に無機凝集剤を添加して懸濁物質を除去する凝集処理方法において、該被処理水の無機凝集剤を添加した後のｐＨ値が、酸性域の所定の値以下になるように、その後に添加する無機凝集剤の添加量を調整して凝集させた後、該凝集水にアルカリ剤を添加して中性域で凝集フロックの分離を行うことを特徴とする凝集処理方法。
【請求項３】
被処理水に無機凝集剤を添加して懸濁物質を除去する凝集処理方法において、該被処理水の無機凝集剤を添加する前のＭアルカリ度が所定の値以下、或いはｐＨ値が酸性域の所定の値以下になるように、被処理水に無機酸を添加し、その後に無機凝集剤を添加して凝集させた後、該凝集水にアルカリ剤を添加して中性域で凝集フロックの分離を行うことを特徴とする凝集処理方法。
【請求項４】
被処理水に無機凝集剤を添加しながら連続的に懸濁物質を除去する凝集処理装置において、該被処理水の無機凝集剤を添加した後のｐＨ値を測定する手段と、該測定値に基づいて無機凝集剤の添加量を調整する制御手段を有することを特徴とする凝集処理装置。
【請求項５】
被処理水に無機凝集剤を添加して混合する無機凝集剤混合槽を有する懸濁物質を除去する凝集処理装置において、前記無機凝集剤混合槽の前に酸混合手段を配備し、該酸混合手段に無機酸を、前記無機凝集剤混合槽のｐＨ値が所定の値以下になるように添加する手段、又は、該酸混合手段のＭアルカリ度が所定の値以下、或いはｐＨ値が酸性域の所定の値以下になるように添加する手段を有すると共に、前記無機凝集剤混合槽の後に、凝集水にアルカリ剤を添加して中和する手段を有することを特徴とする凝集処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水の凝集処理に係り、特に、下水、雨水が混入した下水、排水に凝集剤を添加して懸濁物質を凝集分離する凝集処理方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理水に含まれる懸濁物質（以下、ＳＳと記載する）を分離する方法のうち、凝集処理は、被処理水に凝集剤を添加してＳＳを凝集させた後に、沈降分離、ろ過分離、或いは浮上分離する処理方法であり、それぞれ凝集沈殿処理、凝集ろ過処理、凝集浮上処理と呼ばれている。これらの処理において重要な点は、凝集剤によるＳＳの凝集反応を良好に行うことである。処理を廉価に行うには、できるだけ少ない凝集剤添加量で処理することが求められ、凝集反応の影響因子に応じて、その都度適切な凝集剤添加量を調整することが望ましい。凝集反応の影響因子のうちで、被処理水の水質としては、粒子濃度、ｐＨ、Ｍアルカリ度、温度、共存イオン等がある。これら影響因子のうち、従来の凝集剤添加量制御は、粒子濃度に基づく制御が一般的である。即ち、被処理水中のＳＳ濃度が低い場合には、凝集剤添加量も低くし、ＳＳ濃度が高い場合には、凝集剤添加量も高くするという制御である。この場合、ＳＳ濃度と凝集剤添加量との関係を予めジャーテスト等で求めておき、ＳＳ濃度を濁度計やＳＳ計で測定して、予め求めておいた関係から適切な凝集剤添加量を演算する。
【０００３】
凝集処理におけるｐＨの管理は重要であり、無機凝集剤添加後の凝集が良好に行われる様に、ｐＨを適切に調整する必要がある。鉄塩の場合にはｐＨ９〜１１、アルミニウム塩の場合にはｐＨ６〜８が適している。これに対して、特開昭５３−９８１５４号公報や特開昭６０−７８６９１号公報では、生物処理水に対して酸性域で凝集処理を行うことによって、溶解性有機物に対する除去効率を向上させている。これらは酸性域で凝集処理を行うことによって、生物処理では除去しきれなかった色度やＣＯＤなどの溶解性有機物を除去するものであり、一般に、酸性凝集と呼ばれている。
【特許文献１】特開昭５３−９８１５４号公報
【特許文献２】特開昭６０−７８６９１号公報
【非特許文献１】水処理管理便覧Ｐ．１２４〜１２８（水処理管理便覧編集委員会編１９９８年）
【非特許文献２】水処理工学（第二版、１９９０年）１、８、２項、表１〜４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被処理水中のＳＳの除去を目的として凝集処理を行う場合、無機凝集剤添加量は、一般に被処理水中のＳＳに基づいて制御され、無機凝集剤添加後のｐＨ値が所定の値になるように、ｐＨ調整剤の添加量が制御される。しかし、被処理水のＭアルカリ度が経時的に変化する場合において、被処理水のＭアルカリ度が低下した場合には、無機凝集剤添加後のｐＨ値は大きく低下する。被処理水の種類によっては、ｐＨ値の低下によって、溶解性有機物のみでなく、ＳＳに対する除去効果も向上する場合がある。この作用によって、被処理水のＳＳが増加しても、無機凝集剤添加量を増やすことなく、所定の処理水質を得ることができる。即ち、凝集処理によってＳＳの除去を行う場合の問題点として、（ａ）被処理水のＳＳに基づいて凝集剤添加量を制御すると、被処理水の水質変化によって凝集剤添加後のｐＨ値が低下する場合には、凝集剤添加量が過剰となる場合がある、ということが挙げられる。
【０００５】
一方、降雨時の合流式下水を凝集処理する場合には、次のような問題がある。
降雨初期には下水道管渠内の堆積物が流されたり、無降雨時に路面に堆積していたＳＳが雨水と共に汚水に混入するなどして、下水のＳＳ濃度が上昇する現象が知られており、ファーストフラッシュと呼ばれている。ファーストフラッシュが生じる場合には、雨水が混入しているために下水のＭアルカリ度は低下する。このため、ＦｅＣｌ３などの無機凝集剤添加後のｐＨ値は、晴天時下水に対して添加する場合に比べて著しく低下する。これまでの調査によると、ファーストフラッシュにおいて下水のＳＳ濃度が上昇した時点においては、Ｍアルカリ度は必ずしも下がっておらず、無機凝集剤添加後のｐＨ値は必ずしも低下しない。上昇したＳＳが低下した後でも、Ｍアルカリ度が低下し続けることは、頻繁に観測される事象であり、ファーストフラッシュ時のＳＳの経時変化と無機凝集剤添加後のｐＨ値の変化の関係は、雨の降り方や汚水量の影響を受ける。雨水の混入によって下水のＭアルカリ度が低下し、無機凝集剤添加後のｐＨ値が６．０よりも低くなる場合、無機凝集剤添加後のｐＨ値の低下に伴って、処理水濁度は急激に低下する。よって、所定の処理水水質を得るために要する無機凝集剤添加量は少なくなる。このような場合には、被処理水ＳＳが増加した場合でも、被処理水ＳＳの増加に応じて凝集剤を増やす必要はない。
【０００６】
しかし、下水のＭアルカリ度が低下する前に、ファーストフラッシュによるＳＳ濃度の上昇が生じる場合には、ＳＳ濃度の上昇に応じて無機凝集剤を過大に添加しなければならない。即ち、降雨時の合流式下水を凝集処理する場合の問題点として、（ｂ）降雨初期において、Ｍアルカリ度が十分に低下する前にファーストフラッシュによるＳＳ濃度の上昇が生じると、無機凝集剤添加後のｐＨ値は十分に低くならないため、無機凝集剤を過大に添加する必要がある。更に、（ｃ）適切な凝集剤添加量は、被処理水のＳＳよりも、むしろ無機凝集剤添加後のｐＨに大きく影響されるので、被処理水のＳＳが高くてＭアルカリ度が低い場合には、無機凝集剤の過剰添加になる場合がある。
更に、酸性凝集では、凝集工程におけるｐＨ値を低くし、その後の固液分離工程においても低いｐＨ値を維持し、固液分離工程の後でｐＨ値を中性域にする操作が一般的である。しかし、凝集処理を高速で行う場合には、固液分離工程における凝集フロックを、しまりのあるしっかりとしたものにしておく必要がある。即ち、（ｄ）酸性凝集では、凝集ｐＨ値が、凝集フロックの形成に適しているｐＨ値よりも低いために、フロックの成長が不十分であり破砕し易く、高速での固液分離には適していない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、凝集剤添加量を増加することなく、処理水水質を向上することができる凝集処理方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、被処理水に無機凝集剤を添加して懸濁物質を除去する凝集処理方法において、該被処理水の無機凝集剤を添加した後のｐＨ値が、酸性域の所定の値以下になるように、被処理水に無機酸を添加するか、或いは、その後に添加する無機凝集剤の添加量を調整して凝集させた後、該凝集水にアルカリ剤を添加して中性域で凝集フロックの分離を行うことを特徴とする凝集処理方法としたものである。即ち、無機凝集剤添加後のｐＨ値が所定の値よりも低い場合には、無機凝集剤の添加量を低減する。この場合、基準とするｐＨ値は、無機凝集剤添加量に応じて設定される。
【０００９】
また、本発明では、被処理水に無機凝集剤を添加して懸濁物質を除去する凝集処理方法において、該被処理水の無機凝集剤を添加する前のＭアルカリ度或いはｐＨ値が所定の値以下になるように、被処理水に無機酸を添加し、その後に無機凝集剤を添加して凝集させた後、該凝集水にアルカリ剤を添加して中性域で凝集フロックの分離を行うこととしたものである。この場合、基準とするｐＨ値は、無機凝集剤添加量に応じて設定する。本発明では、固液分離前に凝集フロックの成長を中性域で行うことによって、フロックの成長を十分に促進させ、しまりのあるしっかりとしたフロックを形成する。
【００１０】
更に、本発明では、被処理水に無機凝集剤を添加しながら連続的に懸濁物質を除去する凝集処理装置において、該被処理水の無機凝集剤を添加した後のｐＨ値を測定する手段と、該測定値に基づいて無機凝集剤の添加量を調整する制御手段を有することとしたものであり、また、被処理水に無機凝集剤を添加して混合する無機凝集剤混合槽を有する懸濁物質を除去する凝集処理装置において、前記無機凝集剤混合槽の前に酸混合手段を配備し、該酸混合手段に無機酸を、前記無機凝集剤混合槽のｐＨ値が所定の値以下になるように添加する手段、又は、該酸混合手段のＭアルカリ度が所定の値以下、或いはｐＨ値が酸性域の所定の値以下になるように添加する手段を有すると共に、前記無機凝集剤混合槽の後に、凝集水にアルカリ剤を添加して中和する手段を有することとしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の凝集処理方法によれば、無機凝集剤添加量が同等或いは少ない処理で処理水ＳＳを低減し、良質の処理水を安定して提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、合流式下水道において、（１）雨天時には雨水が混入する事によって下水のＭアルカリ度は低下する、（２）下水のＭアルカリ度が低下すると無機凝集剤添加後のｐＨ低下によってＳＳの除去性が向上する、という実験結果に基づいてなされたものである。
【００１３】
以下に、合流式下水を例として、本発明における無機凝集剤添加後のｐＨとＳＳ除去性との関係を説明する。図１は、無降雨時の下水に硫酸を添加してＭアルカリ度を調整した水を原水として、同一の無機凝集剤添加量でジャーテストを行った結果である。この場合、無機凝集剤添加後のｐＨが６．５未満になる場合には、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを６．５に調整している。被処理水のＳＳ濃度は同一であっても、被処理水のＭアルカリ度の低下に伴って、処理水濁度は低下していることが明らかである。図２は、図１のデータを、無機凝集剤添加後の、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを調整する前のｐＨに対して、処理水濁度をプロットした図である。被処理水のＭアルカリ度が低下することにより、無機凝集剤添加後のｐＨ値が低下し、ｐＨ値低下によって処理水濁度が低減していることが判る。ここでの処理水濁度は、無機凝集剤を添加してｐＨ値が一旦低下した後に、ｐＨを６．５−６．７に調整し、その後で凝集フロックを沈降させた後の上澄水の値である。無機凝集剤添加後のｐＨ値低下の影響は、凝集フロックの固液分離時に、ｐＨ値を中性域に戻しても維持されている。この結果から、同一処理水濁度を得る場合、無機凝集剤添加後のｐＨ値が下がるように、予めＭアルカリ度を低減しておくことによって、無機凝集剤添加の低減化が可能になる、と言える。
【００１４】
図１と図２を例として、処理水濁度を１０度以下にする場合について説明する。一般に、無降雨時の下水のＭアルカリ度は、１５０−２００ｍｇ／Ｌ  ａｓ  ＣａＣＯ３であり、緩衝性が強いために塩化第二鉄の様な酸性無機凝集剤を添加してもｐＨの変化は少ない。Ｍアルカリ度が１７６ｍｇ／Ｌ  ａｓ  ＣａＣＯ３の下水に、塩化第二鉄を４０、２０ｍｇ／Ｌ添加した場合、添加後のｐＨはそれぞれ６．５、６．７であり、処理水濁度はいずれも１５度以上であった。塩化第二鉄添加後のｐＨ値が低下するように、予め硫酸を添加してＭアルカリ度を低下させた場合、塩化第二鉄添加量４０ｍｇ／Ｌでは、ｐＨを６まで低減すれば、処理水濁度が１０度になった。同様に、塩化第二鉄添加量２０ｍｇ／Ｌでは、ｐＨを５．４まで低減すれば、処理水濁度が１０度になった。降雨時下水では、雨水の流入によってＭアルカリ度が低下するために、塩化第二鉄添加後のｐＨ値も低下する。よって、塩化第二鉄添加後、ｐＨ値の低下に応じて塩化第二鉄の低減が可能である。
【００１５】
図３は、下水処理場における降雨時流入下水のＳＳとＭアルカリ度の経時変化の実測例である。降雨は１５：００から１９：００に発生しており、雨水が下水へ流入することで、汚水が希釈されてＭアルカリ度は急激に低下している。降雨が終了した１９：００以降も、Ｍアルカリ度が低下し続けているのは、雨水が管渠へ流入するまでの時間と、管渠へ流入した雨水が処理場まで流れる時間が存在するからである。一方、ＳＳは、フアーストフラッシュによって、１８：００過ぎから１９：３０前まで増加している。これまでの調査によると、無機凝集剤として塩化第二鉄を用い、添加後のｐＨ値が低下して処理水濁度が向上するには、Ｍアルカリ度が１００ｍｇ／Ｌ  ａｓ  ＣａＣＯ３程度まで低下している必要がある。しかし、ＳＳの増加は、Ｍアルカリ度が低下する以前に生じているために、Ｍアルカリ度低下前のＳＳ増加に対しては、無機凝集剤添加量を増加させる必要がある。このような場合、無機凝集剤添加前に無機酸を添加して、意図的にＭアルカリ度を低減し、無機凝集剤添加後のｐＨ値を下げることによって、無機凝集剤添加量の増加を抑制することが可能になる。更に、中性域で凝集フロックの成長を促進することによって、しまりのあるしっかりしたフロックを形成することができる。
【００１６】
図４〜図６に、本発明の処理方法の処理フローを例示する。これらの例は、無機凝集剤を単独使用する凝集沈殿処理の例であるが、本発明はこの例に制約されるものではなく、無機凝集剤と高分子凝集剤との併用処理、凝集ろ過処理、凝集浮上処理へも適用可能である。また、混合を迂流式混合とすることも可能である。
【００１７】
図４では、被処理水１は、無機凝集剤混合槽２へ流入し、無機凝集剤７の添加と混合が行われる。その後、中和槽３でアルカリ剤９を添加して中和し、固液分離槽４において凝集フロックの分離が行われて清澄な処理水５が得られる。無機凝集剤混合槽２では、無機凝集剤添加後のｐＨ値をｐＨ計１３で測定し、ｐＨ値に応じて適切な無機凝集剤量を添加するように、無機凝集剤注入ポンプ８を制御する。この場合、無機凝集剤混合槽２のｐＨのみでなく、被処理水１の流量を流量計１１で、ＳＳを濁度計又はＳＳ計１２で測定し、ＳＳ濃度を考慮して無機凝集剤添加量を制御することもできる。
【００１８】
図５では、被処理水１は、無機凝集剤混合槽２へ流入する前に酸混合槽１８へ流入し、酸１９が添加され無機凝集剤添加前にｐＨ値低減が行われる。その後、無機凝集剤混合槽２へ流入し、無機凝集剤７の添加と混合が行われる。その後、中和槽３でアルカリ剤９を添加して中和し、固液分離槽４において凝集フロックの分離が行われて清澄な処理水５が得られる。酸混合槽１８において添加される酸１９の添加量は、無機凝集剤混合槽２のｐＨ値をｐＨ計１３で測定した値に基づいて制御する。この場合、無機凝集剤７の添加量は、被処理水１の流量を流量計１１で、ＳＳを濁度計又はＳＳ計１２で測定して、これらの値に基づいて設定する。また、酸混合槽１８において添加される酸１９の添加量は、酸混合槽１８のｐＨ値に基づいて制御することもできる。
【実施例１】
【００１９】
実施例１は、降雨時の下水を被処理水とした本発明の凝集沈殿処理への適用例である。本発明に基づいて実施した処理は、降雨時の下水を被処理水とし、無機凝集剤として塩化第二鉄、有機高分子凝集剤としてアニオン系高分子凝集剤（荏原製作所製エバグロースＬＥＡ−２０９）、アルカリ剤として水酸化ナトリウムを用い、内径２０００ｍｍの凝集分離槽で処理水量１７６ｍ３／時、水面積負荷５０ｍ３／（ｍ２・時）の条件で７時間行った凝集沈殿処理である。原水のＭアルカリ度は、雨水の混入によって経時的に低下し、試験開始時に１７８ｍｇ／Ｌ  ａｓ  ＣａＣＯ３であったものが、最低で５９ｍｇ／Ｌ  ａｓ  ＣａＣＯ３まで低下した。ＦｅＣｌ３添加量４０ｍｇ／Ｌで試験を開始し、原水のＭアルカリ度の低下に伴って、塩化第二鉄添加後のｐＨ値も低下した。ＦｅＣｌ３添加量４０ｍｇ／Ｌで試験を開始した後に、表１に示す様に、ＦｅＣｌ３添加後のｐＨ値に従って、ＦｅＣｌ３添加量を制御した。表１では、ＦｅＣｌ３添加後のｐＨが経時的に低下していく場合、ｐＨ値が５．９以下になったらＦｅＣｌ３添加量を４０ｍｇ／Ｌから３０ｍｇ／Ｌに低減する一方、ｐＨ値が経時的に上昇していく場合は、ｐＨ値が６．１以上になったらＦｅＣｌ３添加量を３０ｍｇ／Ｌから４０ｍｇ／Ｌに増加している。この場合の凝集剤添加量、無機凝集剤添加後のｐＨ値、原水と処理水のＳＳは、表２の通りである。試験に使用した凝集剤添加量を、従来法と比較すると表３のとおりであり、従来法に比べると、ＦｅＣｌ３添加量が８２％、ポリマーが７４％に低減されている。ここで、従来法の値は、ＦｅＣｌ３添加量を４０ｍｇ／Ｌ、ポリマー添加量を３．０ｍｇ／Ｌで固定して処理した場合の値の計算値である。
【００２０】
【表１】
2005177600.tif 000003
【００２１】
【表２】
2005177600.tif 000004
【００２２】
【表３】
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【実施例２】
【００２３】
本発明に基き、無機凝集剤添加後のｐＨが酸性域の所定の値になるように、無機凝集剤添加前に無機酸を添加して処理した実施例を示す。降雨初期の原水のＭアルカリ度が低下する前の状態を想定して、晴天時下水を被処理水とした。無機凝集剤、有機高分子凝集剤、アルカリ剤、試験装置は実施例１と同じであり、処理水量１７６ｍ３／時、水面積負荷５０ｍ３／（ｍ２・時）の条件で試験を実施した。無機酸としてＨ２ＳＯ４を添加し、その後に無機凝集剤であるＦｅＣｌ３を２０ｍｇ／Ｌ添加した。Ｈ２ＳＯ４添加量はＦｅＣｌ３添加後のｐＨ値が６．０或いは５．５となるように調整した。高分子凝集剤の添加量は１．０ｍｇ／Ｌとした。
表４に、ＦｅＣｌ３添加後のｐＨと処理成績を示す。予めＨ２ＳＯ４を添加して、ＦｅＣｌ３添加後のｐＨを所定の値に調整することによって、処理水水質を良好に維持することが可能となる。
【００２４】
【表４】
2005177600.tif 000006
【実施例３】
【００２５】
本発明に基き、無機凝集剤添加前のアルカリ度が所定の値になるように、無機凝集剤添加前に無機酸を添加して処理した実施例を示す。降雨初期の原水のＭアルカリ度が低下する前の状態を想定して、晴天時下水を被処理水とした。無機凝集剤、有機高分子凝集剤、アルカリ剤、試験装置は実施例１と同じであり、処理水量１７６ｍ３／時、水面積負荷５０ｍ３／（ｍ２・時）の条件で試験を実施した。無機酸としてＨ２ＳＯ４を添加し、その後に無機凝集剤であるＦｅＣｌ３を２０ｍｇ／Ｌ添加した。Ｈ２ＳＯ４添加量は、ＦｅＣｌ３添加前のＭアルカリ度が１００ｍｇ／Ｌ  ａｓ  ＣａＣＯ３或いは５０ｍｇ／Ｌ  ａｓ  ＣａＣＯ３となるように調整した。高分子凝集剤の添加量は１．０ｍｇ／Ｌとした。
表５に、ＦｅＣｌ３添加後のｐＨと処理成績を示す。予めＨ２ＳＯ４を添加して、ＦｅＣｌ３添加前のＭアルカリ度を所定の値に調整することによって、処理水水質を良好に維持することが可能となる。
【表５】
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【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】原水Ｍアルカリ度と処理水濁度との関係を示すグラフ。
【図２】ＦｅＣｌ３添加後のｐＨと処理水濁度との関係を示すグラフ。
【図３】時刻によるＳＳとＭアルカリ度の変化を示すグラフ。
【図４】本発明の凝集処理方法の一例を示すフロー構成図。
【図５】本発明の凝集処理方法の他の例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
【００２７】
１：被処理水、２：無機凝集剤混合槽、３：中和槽、４：固液分離槽、５：処理水、６：排泥、７：無機凝集剤、８：無機凝集剤注入ポンプ、９：アルカリ剤、１０：アルカリ剤注入ポンプ、１１：被処理水流量計、１２：濁度計又はＳＳ計、１３：ｐＨ計、１４：ｐＨ計、１５：ｐＨ計、１６：酸及び無機凝集剤注入量演算制御部、１７：ｐＨ制御部、１８：酸混合槽、１９：酸、２０：酸注入ポンプ
【図１】
2005177600.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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